JP2004273940A - パターン形成方法およびパターン形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】Ｆ２レーザ光を用いて、被加工基板に所望のパターンを形成することのできるパターン形成方法およびパターン形成装置を提供する。
【解決手段】被加工基板の上に反射防止膜を形成する工程と、この反射防止膜の上にレジスト膜を形成する工程と、このレジスト膜に所定のマスクを介して露光光を照射することによってレジストパターン潜像を形成する工程と、レジスト膜に現像処理を施すことによってレジストパターンを形成する工程と、このレジストパターンをマスクとした反射防止膜のエッチングによって反射防止膜パターンを形成する工程と、この反射防止膜パターンに硬化処理を施す工程と、硬化処理後の反射防止膜パターンをマスクとして被加工基板をエッチングする工程とを有する。
【選択図】 図４
【解決手段】被加工基板の上に反射防止膜を形成する工程と、この反射防止膜の上にレジスト膜を形成する工程と、このレジスト膜に所定のマスクを介して露光光を照射することによってレジストパターン潜像を形成する工程と、レジスト膜に現像処理を施すことによってレジストパターンを形成する工程と、このレジストパターンをマスクとした反射防止膜のエッチングによって反射防止膜パターンを形成する工程と、この反射防止膜パターンに硬化処理を施す工程と、硬化処理後の反射防止膜パターンをマスクとして被加工基板をエッチングする工程とを有する。
【選択図】 図４
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パターン形成方法およびパターン形成装置に関し、より詳しくは、Ｆ２レーザを光源とする露光機を用いたパターン形成方法およびパターン形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置の集積度の増加に伴い個々の素子の寸法は微小化が進み、各素子を構成する配線やゲートなどの幅も微細化されている。
【０００３】
この微細化を支えているフォトリソグラフィ技術には、被加工基板表面にレジスト組成物を塗布してレジスト膜を形成する工程、光を照射して所定のレジストパターンを露光することによりレジストパターン潜像を形成する工程、必要に応じ加熱処理する工程、次いでこれを現像して所望のレジストパターンを形成する工程、および、このレジストパターンをマスクとして被加工基板に対してエッチングなどの加工を行う工程が含まれる。
【０００４】
このようなフォトリソグラフィ技術を用いて、微細なデザイン・ルールを有する半導体装置を製造するに際しては、微細なレジストパターンを形成することが必要となる。
【０００５】
レジストパターンの微細化を図る手段の一つとして、上記のレジストパターン潜像を形成する際に使用される露光光の短波長化が進められている。
【０００６】
従来、例えば６４Ｍビットまでの集積度のＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）の製造には、高圧水銀灯のｉ線（波長：３６５ｎｍ）が光源として使用されてきた。近年では、２５６メガビットＤＲＡＭの量産プロセスには、ＫｒＦ（フッ化クリプトン）エキシマレーザ（波長：２４８ｎｍ）を露光光源として用いた技術が実用化されている。また、１ギガビット以上の集積度を持つＤＲＡＭの製造には、ＡｒＦ（フッ化アルゴン）エキシマレーザ（波長：１９３ｎｍ）の実用化が検討されている。さらに、１００ｎｍ以下のデザイン・ルールに対応する微細パターンを実現する技術として、より波長の短いＦ２（フッ素）レーザ（波長：１５７ｎｍ）を露光光源として用いることが考えられている。
【０００７】
しかしながら、上記のレジストパターン潜像を形成する工程においては、従来より次のような問題があった。
【０００８】
その１つは、レジスト膜に露光光を照射した場合、レジスト膜内部に光の多重干渉による定在波が発生し、これによりレジスト膜の膜厚方向に露光ムラが生じるというものである。このような露光ムラは、レジストパターンの形状劣化を引き起こし、パターン解像度の低下を招く。
【０００９】
２つ目は、被加工基板に段差がある場合の露光光の反射の問題である。レジスト膜に露光光を照射すると、露光光はレジスト膜中を進んで行き、下地の非加工基板との界面で反射する。このとき、被加工基板の表面が水平である場合には、光は入射方向と反対の方向に反射する。一方、被加工基板の表面に段差があり、露光光がこの段差部で反射する場合には、光は段差部の傾斜角に対応して種々の方向に反射する。これにより、反射光が本来露光しない領域（マスクで遮蔽された領域）にも進入してその部分のレジスト膜を露光してしまい、所望のレジストパターンを形成することができなくなる。
【００１０】
このような問題を解消するために、従来より、被加工基板とレジスト膜との間に反射防止膜を介在させる方法（Ｂｏｔｔｏｍ Ａｎｔｉ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ Ｃｏａｔｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ，以下、ＢＡＲＣ法という。）が用いられている。この方法によれば、レジスト膜を透過した露光光は、反射防止膜に吸収されて界面で反射しないようになる。
【００１１】
図１１〜図１２を用いて、ＢＡＲＣ法によるフォリソグラフィ工程について説明する。
【００１２】
まず、半導体基板６０の上に形成された被加工膜６１上に、反射防止膜６２を形成する（図１１（ａ））。次に、反射防止膜６２の上にレジスト膜６３を形成し（図１１（ｂ））、マスク６４を介して露光光６５を照射する（図１１（ｃ））。続いて、現像処理を行い、レジストパターン６６を形成する（図１２（ａ））。その後、レジストパターン６６をマスクとして、反射防止膜６２をドライエッチングし、反射防止膜パターン６７を形成する（図１２（ｂ））。さらに、レジストパターン６６をマスクとして被加工膜６１をドライエッチングして、所望の被加工膜パターン６８を形成する（図１２（ｃ））。最後に、レジストパターン６６および反射防止膜パターン６７を除去して、図１２（ｄ）の構造とする。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＢＡＲＣ法により、Ｆ２レーザを露光光源としてレジスト膜を露光する場合には次のような問題がある。
【００１４】
Ｆ２レーザの発振波長は１５７ｎｍと短波長であるために、レジスト膜には、このような短波長の光を透過する高い透明性が必要とされる。しかしながら、従来、Ｆ２レーザに対応するレジスト膜はなかった。そこで、ＫｒＦエキシマレーザまたはＡｒＦエキシマレーザに対応するレジスト膜を用い、これにＦ２レーザ光を照射すると、波長１５７ｎｍの光に対するレジスト膜の透過率が低いために露光光がレジスト膜の底部まで十分に到達せず、所望のレジストパターンを形成することができないという問題があった。
【００１５】
この場合、レジスト膜の膜厚を小さくすると露光光をレジスト膜の底部まで到達させることが可能となる。しかし、このように薄いレジストパターンをマスクとして反射防止膜および被加工基板のエッチング処理を行うと、これらのパターニングが終了する前に、レジストパターンがエッチングによって消失してしまうという問題があった。さらに、反射防止膜の膜厚を小さくしてレジストパターンの消失を防ごうとすると、露光光の反射が大きくなり反射防止膜としての機能が果たせなくなるという問題もあった。
【００１６】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものである。即ち、本発明の目的は、従来使用されてきたレジストを用いて、Ｆ２レーザを光源とする露光機により、被加工基板に所望のパターンを形成することのできるパターン形成方法およびパターン形成装置を提供することにある。
【００１７】
本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明のパターン形成方法は、被加工基板の上に反射防止膜を形成する工程と、この反射防止膜の上にレジスト膜を形成する工程と、このレジスト膜に所定のマスクを介して露光光を照射することによってレジストパターン潜像を形成する工程と、レジスト膜に現像処理を施すことによってレジストパターンを形成する工程と、このレジストパターンをマスクとした反射防止膜のエッチングによって反射防止膜パターンを形成する工程と、この反射防止膜パターンに硬化処理を施す工程と、硬化処理後の反射防止膜パターンをマスクとして被加工基板をエッチングする工程とを有することを特徴とする。硬化処理は、加熱処理または紫外線照射処理とすることができる。また、加熱と紫外線照射とが同じに行われる処理とすることもできる。さらに、硬化処理は、電子線照射処理とすることもできる。
【００１９】
また、本発明のパターン形成方法は、被加工基板の上に反射防止膜を形成する工程と、この反射防止膜の表面にホウ素、ヒ素およびゲルマニウムよりなる群から選ばれるいずれか１の原子を導入する工程と、原子が導入された反射防止膜の上にレジスト膜を形成する工程と、このレジスト膜に所定のマスクを介して露光光を照射することによってレジストパターン潜像を形成する工程と、レジスト膜に現像処理を施すことによってレジストパターンを形成する工程と、このレジストパターンをマスクとした反射防止膜のエッチングによって反射防止膜パターンを形成する工程と、この反射防止膜パターンをマスクとして被加工基板をエッチングする工程とを有することを特徴とする。反射防止膜への原子の導入は、イオン注入法を用いて行うことができる。また、導入する原子のプラズマ中に反射防止膜を曝すことによっても行うことができる。
【００２０】
本発明のパターン形成方法においては、反射防止膜をノボラック系樹脂組成物から形成することができる。また、露光光は波長１５７ｎｍのＦ２レーザ光とすることができる。さらに、レジスト膜は、ＫｒＦレジスト膜またはＡｒＦレジスト膜とすることができる。
【００２１】
本発明のパターン形成方法においては、被加工基板はタングステン膜を有し、このタングステン膜上に反射防止膜が形成されていて、反射防止膜パターンをマスクとしてタングステン膜をエッチングすることができる。
【００２２】
また、本発明のパターン形成方法においては、被加工基板はタングステン膜およびこのタングステン膜の上に形成された無機膜を有し、この無機膜の上に反射防止膜が形成されていて、反射防止膜パターンをマスクとして無機膜をエッチングすることができる。
【００２３】
本発明のパターン形成装置は、被加工基板上に形成された反射防止膜をエッチングして反射防止膜パターンを形成するドライエッチング部と、この反射防止膜パターンに紫外線照射を行う紫外線照射部と、ドライエッチング部と紫外線照射部との間で被加工基板を搬送する搬送手段とを有することを特徴とする。紫外線照射部はさらに熱を発生するものとすることができる。また、ドライエッチング部と紫外線照射部とを、同一の真空チャンバ内に配置することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１〜図４を用いて、本実施の形態によるパターン形成方法およびパターン形成装置について説明する。
【００２５】
まず、被加工基板として、タングステン膜が形成された半導体基材を準備する。例えば、図１（ａ）に示すように、半導体基材１上に、化学気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，以下、ＣＶＤという。）などによってタングステン（Ｗ）膜２を形成する。タングステン膜２は、例えば、７０ｎｍのデザイン・ルールに対応するトランジスタのゲート電極材料として用いられる。
【００２６】
半導体基材１としては、例えば、素子分離領域やソースまたはドレインとなる拡散層などが形成されたシリコン基板上に、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜などのゲート絶縁膜が形成されたものを用いることができる。
【００２７】
半導体基材１上に形成する膜は、タングステン膜に限られるものではない。例えば、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）またはチタン（Ｔｉ）などの他の導電膜を形成してもよい。さらに、ゲート電極材料に限らず、半導体装置の製造工程で用いられてパターニングを必要とする膜であれば、他の膜を形成してもよい。
【００２８】
次に、図１（ｂ）に示すように、タングステン膜２の上に反射防止膜３を形成する。本実施の形態においては、屈折率ｎが１．６０≦ｎ≦１．９０であり、消衰係数ｋが０．１２≦ｋの反射防止膜であることが好ましい。また、１０ｎｍ以上で２００ｎｍ以下の膜厚であることが好ましい。
【００２９】
また、本実施の形態における反射防止膜３は、有機材料を主成分とするものが好ましく用いられる。有機材料は、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂および電子線硬化性樹脂のいずれであってもよい。また、光硬化性樹脂組成物は、ラジカル重合を利用して硬化するものであってもよいし、光により発生した酸により硬化するものであってもよい。
【００３０】
次に、図１（ｃ）に示すように、反射防止膜３の上にレジスト膜４を形成する。レジスト膜４の形成は、例えばスピンコート法などを用いて行うことができる。また、レジスト膜４の膜厚は、半導体装置の製造工程に応じた所定の膜厚とすることができるが、本実施の形態のパターン形成方法によれば、従来より小さい膜厚とすることが可能となる。
【００３１】
本発明において使用されるレジスト膜は、ポジ型のレジスト膜であってもよいし、ネガ型のレジスト膜であってもよい。また、光によって反応するレジスト膜であってもよいし、電子線によって反応するレジスト膜であってもよい。例えば、ＫｒＦエキシマレーザ用レジスト（ＫｒＦレジストともいう。以下、同じ。）として使用される、ポリヒドロキシスチレンなどのポリビニルフェノール系のレジストや、ＡｒＦエキシマレーザ用レジスト（ＡｒＦレジストともいう。以下、同じ。）として使用される、ポリメチルメタクリル酸などのポリアクリル酸系のレジストを使用することができる。
【００３２】
次に、図２（ａ）に示すように、所定のマスク５を介してレジスト膜４に露光光６を照射する。露光装置としては、例えば、Ｆ２レーザを光源とする露光装置を用いることができる。また、マスク５は、所望の線幅のレジストパターンに対応したものを用いることができる。
【００３３】
この露光は、レジスト膜４に所定のレジストパターン潜像を形成することを目的として行うものである。すなわち、レジスト膜４に露光光を照射することによって、図２（ａ）に示すように、レジスト膜４内に露光部４１と未露光部４２とからなるレジストパターン潜像が形成される。
【００３４】
次に、露光後の半導体基材に対して加熱処理を行う。加熱処理は、密閉式の加熱炉またはホットプレートなどを用いて行うことができる。
【００３５】
加熱処理工程を終えた後は、レジスト膜に現像処理を施す。現像は、例えば、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液を用いたアルカリ現像などによって行うことができる。
【００３６】
例えば、ポジ型のレジスト膜を用いた場合、露光部４１ではアルカリ可溶性ポリマー構造が形成される一方、未露光部４２ではアルカリ不溶性ポリマー構造となっている。したがって、アルカリ現像処理を行うことによって、露光部４１のみが現像液に溶解して除去される結果、図２（ｂ）に示すようなレジストパターン７が形成される。
【００３７】
次に、半導体基材に付着した現像液および現像液に溶解したレジストをリンス液によって洗い流す。具体的には、半導体基材上にリンス液をシャワー状またはスプレー状に吐出することによって洗い流すことができる。現像液としてアルカリ水溶液を用いた場合には、リンス液として例えば純水を使用することができる。
【００３８】
リンス液によって現像液および現像液に溶解したレジストを洗い流した後は、乾燥によってリンス液を除去する。例えば、半導体基材を高速で回転させることによって乾燥を行うことができる。
【００３９】
次に、レジストパターン７をマスクとして反射防止膜３をドライエッチングして、図２（ｃ）に示すような反射防止膜パターン８を形成する。この際、反射防止膜３のエッチングが進行してタングステン膜２が露出すると略同時に、レジストパターン７がエッチングによって消失するようにエッチング条件を設定することが好ましい。
【００４０】
本実施の形態では、図３（ａ）に示すように、反射防止膜のエッチング終了後、形成された反射防止膜パターン８に紫外線９を照射することを特徴としている。反射防止膜の種類に応じて、紫外線照射でなく電子線照射を行ってもよいし、あるいは加熱処理を行ってもよい。また、これらを組み合わせて行ってもよい。
【００４１】
このような処理を行うことにより、反射防止膜を形成する樹脂の硬化を進行させ、後工程でのドライエッチングに対する耐性を向上させることができる。具体的には、反射防止膜のエッチングレートが、下地のタングステン膜のエッチングレートよりも大きくなるようにする。
【００４２】
例えば、反射防止膜の形成材料として熱硬化性樹脂組成物を用いた場合には、反射防止膜パターンに加熱処理を行う。加熱処理の条件は、樹脂の硬化反応が起こるような温度および時間とする。
【００４３】
また、反射防止膜の形成材料として光硬化性樹脂組成物を用いた場合には、反射防止膜パターンに紫外線照射を行う。照射する光の波長および照射量は、樹脂の硬化が起こるような条件とする。
【００４４】
さらに、反射防止膜の形成材料として電子線硬化性樹脂組成物を用いた場合には、反射防止膜に適当なエネルギーの電子線を照射する。
【００４５】
以上のような処理を反射防止膜に行うことにより、反射防止膜を形成している樹脂の架橋密度が高まるなどして、ドライエッチング耐性を高めることができる。尚、反射防止膜の種類によって、例えば、加熱と紫外線照射とが同時に行われるようにしてもよい。
【００４６】
本実施の形態においては、硬化による体積収縮の大きい材料を用いて形成された反射防止膜は、加熱または紫外線若しくは電子線の照射後のパターン寸法の変動が大きくなることから好ましくない。したがって、硬化による体積収縮の小さい樹脂組成物により形成された反射防止膜を用いることが好ましい。
【００４７】
例えば、加熱硬化性のノボラック系樹脂組成物を用いて形成した反射防止膜であれば、加熱処理後のパターンのシュリンク（寸法縮小）がほとんどないので、露光後のパターンサイズを維持することが可能である。
【００４８】
次に、反射防止膜パターン８をマスクとしてタングステン膜２をドライエッチングして、図３（ｂ）に示すようなタングステン膜パターン１０を形成する。
【００４９】
このように、本実施の形態においては、レジストパターンではなく反射防止膜パターンをマスクとして、タングステン膜のエッチングを行う。これは、反射防止膜パターンの硬化反応を進めて耐エッチング性を向上させたことにより、反射防止膜パターンがタングステン膜エッチングの際のマスクとして十分に使用することができるようになったことに対応するものである。これにより、レジストパターンは反射防止膜をエッチングする際のマスクとしてのみ使用されればよいので、レジスト膜の膜厚を従来より小さいものとすることが可能となる。したがって、ＫｒＦエキシマレーザやＡｒＦエキシマレーザに対応したレジストを用い、Ｆ２レーザを光源として露光した場合であっても、レジスト底部まで十分に露光することが可能となる。
【００５０】
タングステン膜パターンを形成した後は、不要となった反射防止膜パターンを除去して図３（ｃ）に示す構造とする。
【００５１】
１つの例として、被加工基板上に、膜厚５０ｎｍのタングステン膜を形成した。次に、タングステン膜の上に、熱硬化性のノボラック系樹脂組成物を塗布し、２０５℃で６０秒間加熱することにより、膜厚１２０ｎｍの反射防止膜を形成した。続いて、ポリビニルフェノール系のレジスト組成物を塗布し、１３０℃で６０秒間加熱することにより、膜厚８０ｎｍのレジスト膜を形成した。
【００５２】
次に、Ｆ２レーザを光源とする露光機を用い、マスクを介してレジスト膜を露光した。露光後、１３０℃で９０秒間加熱を行った。続いて、濃度２．３８％のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド溶液を用いて現像し、レジストパターンを形成した。
【００５３】
次に、レジストパターンをマスクとして、反射防止膜のドライエッチングを行った。エッチングガスとしては、窒素と酸素の混合ガスを用いた。この際、下地のタングステン膜が露出すると略同時に、レジストパターンが完全にエッチングされるようにした。
【００５４】
次に、波長３６５ｎｍの紫外線を発生するランプを用いて、反射防止膜パターンに紫外線を６０秒間照射した。その後、反射防止膜パターンをマスクとして、タングステン膜のドライエッチングを行った。エッチングガスとしては、六フッ化硫黄と窒素の混合ガスを用いた。
【００５５】
最後に、酸素プラズマで反射防止膜パターンを除去することによって、良好な微細パターンのゲート電極構造を得た。
【００５６】
本実施の形態のパターン形成方法によれば、反射防止膜パターンの硬化処理を行うことによって、反射防止膜パターンをマスクとしてタングステン膜のエッチングを行うことができる。したがって、レジストパターンは反射防止膜をエッチングする際のマスクとしてのみ使用すればよいので、レジスト膜の膜厚を小さくすることができる。これにより、ＫｒＦエキシマレーザやＡｒＦエキシマレーザに対応するレジストを用いて、Ｆ２レーザを光源とする露光機により露光した場合であっても、レジスト膜の底部まで十分に露光光を到達させることが可能となる。また、反射防止膜の膜厚を小さくする必要がなくなるので、露光光の反射を防いで良好なレジストパターンを形成することができる。
【００５７】
図４（ａ）〜（ｃ）は、本実施の形態におけるパターン形成装置の一例である。このパターン形成装置は、被加工基板上に形成された反射防止膜をエッチングして反射防止膜パターンを形成するドライエッチング部と、反射防止膜パターンに紫外線照射を行う紫外線照射部と、ドライエッチング部と紫外線照射部との間で被加工基板を搬送する搬送手段とを有することを特徴としている。
【００５８】
図に示すように、本実施の形態にかかるパターン形成装置１００は、真空チャンバ１１内に、ドライエッチング部１２と、紫外線照射部１３とを有する。また、真空チャンバ１１には、真空チャンバ１１内にエッチングガスを導入する導入口１４と、真空チャンバ１１内で発生したガスなどを排気する排気口１５とが設けられている。
【００５９】
ドライエッチング部１２は、接地された上部電極１６と、上部電極１６と対向する位置に所定の間隔をおいて配置された下部電極１７とを有する。下部電極１７は、高周波（ＲＦ）電源１８に接続している。また、下部電極１７は、基板載置台を兼ねているとともに、横方向に移動可能なステージ１９上に設置されている。すなわち、ステージ１９は、ドライエッチング部１２と紫外線照射部１３との間で、下部電極１７の上に載置された基板を搬送する搬送手段としての役割を有している。
【００６０】
一方、紫外線照射部１３は、紫外線を発生するランプ部２０を有する。
【００６１】
まず、図４（ａ）を参照しながら、反射防止膜のエッチングを行う工程について説明する。
【００６２】
下部電極１７の上に、被加工基板２１を載置する。被加工基板２１は、本実施の形態により形成されたタングステン膜（図示せず）を有している。また、被加工基板２１上には、反射防止膜およびレジストパターン（図示せず）が形成されており、レジストパターンが上部電極１６側に向くようにして載置される。
【００６３】
次に、導入口１４からエッチングガスＧ１を所定の流量で導入する。そして、下部電極１７に高周波を印加すると、プラズマ放電域２２に到達したエッチングガスがプラズマ化する。このプラズマガスを用い、レジストパターンをマスクとして、反射防止膜の異方性エッチングを行う。エッチングにより発生したガスや余剰のエッチングガスＧ２は、排気口１５から真空チャンバ１１の外へ排出される。
【００６４】
反射防止膜のエッチングを終了した後は、続いて反射防止膜パターンの硬化処理を行う。図４（ｂ）を参照しながら、反射防止膜パターンの硬化処理について説明する。
【００６５】
ステージ１９によって下部電極１７を図の左方向に移動し、被加工基板２１が紫外線照射部１３に設けられたランプ部２０の下に位置するようにする（図４（ｂ））。ランプ部２０には、反射防止膜を形成する樹脂の硬化に適当な紫外線を照射するランプが設けられている。ここで、紫外線照射部１３は、被加工基板に紫外線を照射するとともに、ランプ部２０からの放射熱によって被加工基板２１を加熱することのできるものであることが好ましい。例えば、高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプ、低圧水銀ランプまたはメタルハライドランプなどを用いて、ランプ部を構成することができる。尚、分解反応が起こることを防ぐために、ランプ部にフィルタを用いて、短波長（例えば、２００ｎｍ以下の波長）の光をカットするようにしてもよい。
【００６６】
そして、硬化処理によって発生したガスＧ３は、排気口１５から真空チャンバ１１の外へ排出される。
【００６７】
本実施の形態のパターン形成装置によれば、紫外線照射部において反射防止膜パターンに紫外線を照射することによって、反射防止膜を形成する光硬化性樹脂の硬化を進行させることができる。また、反射防止膜が、加熱硬化性樹脂から形成されている場合であっても、紫外線照射部で発生する放射熱によって樹脂の硬化を進行させることができる。
【００６８】
本実施の形態において行う硬化処理は、既にある程度硬化している樹脂に対して行うものであって、その目的はドライエッチング耐性を高めることにある。したがって、樹脂組成物を硬化して反射防止膜を形成する場合に比較すると、硬化条件はそれほど厳密なものである必要はない。したがって、熱硬化性のノボラック系樹脂組成物から形成された反射防止膜であっても、紫外線照射の際に発生する熱によって硬化を進めることができ、本発明の目的を達成することができる。
【００６９】
以上述べたように、本実施の形態のパターン形成装置によれば、放射熱を発生するランプを用いた紫外線照射部を設けることによって、光硬化性樹脂および熱硬化性樹脂の両方に対して、硬化を進めて耐エッチング性を向上させることができる。
【００７０】
但し、反射防止膜が光硬化性の樹脂から形成されている場合において、被加工基板に熱が加わるのが好ましくない場合には、ランプ部に冷却手段を設けることが好ましい。例えば、ランプ部を冷却することによって、被加工基板上での温度上昇を抑えることができる。
【００７１】
また、反射防止膜が熱硬化性の樹脂から形成されている場合において、被加工基板に紫外線が照射されることが好ましくない場合には、紫外線照射部に代えて加熱処理部を有するパターン形成装置とする。例えば、図４（ａ）〜（ｃ）のランプ部に代えてヒータ部を設ける。これにより、反射防止膜に対して加熱処理のみを行うことができる。
【００７２】
さらに、紫外線照射部と加熱処理部とを併せ持つパターン形成装置であってもよい。例えば、図４（ａ）〜（ｃ）の装置において、下部電極１７の下にヒータ（図示せず）を配置する。反射防止膜が光硬化性樹脂から形成されている場合には、ヒータの電源をオフとした状態で紫外線照射部１３において紫外線照射を行う。この際、冷却手段（図示せず）によってランプ部２０からの放射熱の発生を抑えるようにすれば、被加工基板が加熱されるのを防ぐことができる。一方、反射防止膜が熱硬化性樹脂から形成されている場合には、ヒータの電源をオンにして加熱処理を行う。この場合、ドライエッチング処理後、ステージ１９によって、下部電極１７をドライエッチング部１２から紫外線照射部１３へ移動させる必要はない。
【００７３】
また、図４（ａ）〜（ｃ）の装置において、紫外線照射部１３に代えて電子線照射部（図示せず）を設けてもよい。これにより、電子線硬化性樹脂から形成されている反射防止膜の硬化処理を行うことが可能となる。
【００７４】
反射防止膜パターンの硬化処理を終えた後は、続いて被加工基板のエッチング工程を行う。具体的には、本実施の形態にしたがって形成されたタングステン膜のエッチング処理を行う。図４（ｃ）を参照しながら、このエッチング処理について説明する。
【００７５】
まず、図４（ｂ）で紫外線照射部１３にある下部電極１７を、ステージ１９によって図の右方向へ移動させて、図４（ｃ）に示す配置とする。これにより、被加工基板２１を再びドライエッチング部１２に位置させることができる。
【００７６】
次に、導入口１４からエッチングガスＧ４を所定の流量で導入する。そして、下部電極１７に高周波を印加すると、プラズマ放電域２２に到達したエッチングガスがプラズマ化する。このプラズマガスを用い、反射防止膜パターンをマスクとして、タングステン膜の異方性エッチングを行う。エッチングにより発生したガスや余剰のエッチングガスＧ５は、排気口１５から真空チャンバ１１の外へ排出される。
【００７７】
このように、本実施の形態のパターン形成装置によれば、反射防止膜のエッチング処理、硬化処理およびタングステン膜のエッチング処理を同一のチャンバ内で行うことができる。これにより、スループットを向上させることができるとともに、異物の付着などを防いで歩留まりを向上させることが可能となる。
【００７８】
尚、ドライエッチング部と紫外線照射部とは、必ずしも同一のチャンバ内に配置されている必要はない。両者の間で被加工基板を搬送する搬送手段があれば、異なるチャンバ内に設けられていてもよい。
【００７９】
実施の形態２．
図５〜図７を用いて、本実施の形態によるパターン形成方法について説明する。本実施の形態では、実施の形態１と異なり、タングステン膜と反射防止膜との間に窒化シリコン膜を形成することを特徴としている。
【００８０】
まず、被加工基板として、タングステン膜が形成された半導体基材を準備する。例えば、図５（ａ）に示すように、半導体基材２５上に、ＣＶＤ法などによってタングステン（Ｗ）膜２６を形成する。タングステン膜２６は、例えば、７０ｎｍのデザイン・ルールに対応するトランジスタのゲート電極材料として用いられる。
【００８１】
半導体基材２５としては、例えば、素子分離領域やソースまたはドレインとなる拡散層などが形成されたシリコン基板上に、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜などのゲート絶縁膜が形成されたものを用いることができる。
【００８２】
半導体基材２５上に形成する膜は、タングステン膜に限られるものではない。例えば、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）またはチタン（Ｔｉ）などの他の導電膜を形成してもよい。さらに、ゲート電極材料に限らず、半導体装置の製造工程で用いられてパターニングを必要とする膜であれば、他の膜を形成してもよい。
【００８３】
次に、図５（ｂ）に示すように、タングステン膜２６の上に窒化シリコン膜２７を形成する。窒化シリコン膜２７は、タングステン膜をエッチングする際のマスクとして使用され、例えばＣＶＤ法などによって形成することができる。尚、タングステン膜の上に形成する膜は、窒化シリコン膜以外の他の無機膜（例えば、酸化シリコン膜など。）であってもよい。
【００８４】
次に、図５（ｃ）に示すように、窒化シリコン膜２７の上に反射防止膜２８を形成し、続いてレジスト膜２９を形成する。
【００８５】
本実施の形態においては、屈折率ｎが１．６０≦ｎ≦１．９０であり、消衰係数ｋが０．１２≦ｋの反射防止膜であることが好ましい。また、１０ｎｍ以上で２００ｎｍ以下の膜厚であることが好ましい。反射防止膜を形成する樹脂組成物は実施の形態１と同様のものを用いることができるが、特にノボラック系樹脂組成物を用いることが好ましい。
【００８６】
また、レジスト膜２９は、実施の形態１と同様のものを用いることができる。例えば、ＫｒＦエキシマレーザまたはＡｒＦエキシマレーザを光源とする露光機に対応したレジストを用いることができる。
【００８７】
レジスト膜２９の形成は、例えばスピンコート法などを用いて行うことができる。また、レジスト膜２９の膜厚は、半導体装置の製造工程に応じた所定の膜厚とすることができるが、本実施の形態のパターン形成方法によれば、従来より小さい膜厚とすることが可能となる。
【００８８】
次に、図６（ａ）に示すように、所定のマスク３０を介してレジスト膜２９に露光光３１を照射する。露光装置としては、例えば、Ｆ２レーザを光源とする露光装置を用いることができる。また、マスクは、所望の線幅のレジストパターンに対応したものを用いることができる。
【００８９】
この露光は、レジスト膜２９に所定のレジストパターン潜像を形成することを目的として行うものである。すなわち、レジスト膜２９に露光光を照射することによって、図６（ａ）に示すように、レジスト膜２９内に露光部２９１と未露光部２９２とからなるレジストパターン潜像が形成される。
【００９０】
次に、露光後の半導体基材に対して加熱処理を行う。加熱処理は、密閉式の加熱炉またはホットプレートなどを用いて行うことができる。
【００９１】
加熱処理工程を終えた後は、レジスト膜に現像処理を施す。現像は、例えば、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液を用いたアルカリ現像などによって行うことができる。
【００９２】
例えば、ポジ型のレジスト膜を用いた場合、露光部２９１ではアルカリ可溶性ポリマー構造が形成される一方、未露光部２９２ではアルカリ不溶性ポリマー構造となっている。したがって、アルカリ現像処理を行うことによって、露光部２９２のみが現像液に溶解して除去される結果、図６（ｂ）に示すようなレジストパターン３２が形成される。
【００９３】
次に、半導体基材に付着した現像液および現像液に溶解したレジストをリンス液によって洗い流す。具体的には、半導体基材上にリンス液をシャワー状またはスプレー状に吐出することによって洗い流すことができる。現像液としてアルカリ水溶液を用いた場合には、リンス液として例えば純水を使用することができる。
【００９４】
リンス液によって現像液および現像液に溶解したレジストを洗い流した後は、乾燥によってリンス液を除去する。例えば、半導体基材を高速で回転させることによって乾燥を行うことができる。
【００９５】
次に、レジストパターン３２をマスクとして反射防止膜２８をドライエッチングして、図６（ｃ）に示すような反射防止膜パターン３３を形成する。この際、反射防止膜２８のエッチングが進行して窒化シリコン膜２７が露出すると略同時に、レジストパターン３２がエッチングによって消失するようにエッチング条件を設定することが好ましい。この場合、反射防止膜がノボラック型エポキシ樹脂から形成されている場合には、窒素（Ｎ２）と酸素（Ｏ２）の混合ガスまたはテトラフルオロメタン（ＣＦ４）と酸素の混合ガスをエッチングガスとして用いることができる。
【００９６】
次に、実施の形態１と同様にして、反射防止膜のエッチング終了後、形成された反射防止膜パターン３３に紫外線３４を照射する（図７（ａ））。尚、反射防止膜の種類に応じて、紫外線照射でなく電子線照射を行ってもよいし、あるいは加熱処理を行ってもよい。また、これらを組み合わせて行ってもよい。
【００９７】
このような処理を行うことにより、反射防止膜を形成する樹脂の硬化を進行させ、後工程でのドライエッチングに対する耐性を向上させることができる。具体的には、反射防止膜のエッチングレートが、下地の窒化シリコン膜のエッチングレートよりも大きくなるようにする。
【００９８】
反射防止膜を形成する材料は、実施の形態１と同様に、硬化による体積収縮の小さい樹脂組成物であることが好ましい。例えば、加熱硬化性のノボラック系樹脂組成物であれば、加熱処理後のパターンのシュリンク（寸法縮小）がほとんどないので、露光後のパターンサイズを維持することが可能である。
【００９９】
次に、反射防止膜パターン３３をマスクとして窒化シリコン膜２７をドライエッチングして、図７（ｂ）に示すような窒化シリコン膜パターン３５を形成する。この場合、エッチングガスとしては、例えば、テトラフルオロメタン（ＣＦ４）、酸素（Ｏ２）およびジフルオロメタン（ＣＨ２Ｆ２）の混合ガスまたはテトラフルオロメタンと酸素の混合ガスを用いることができる。
【０１００】
尚、テトラフルオロメタンと酸素の混合ガスを用いた場合には、反射防止膜のエッチングおよび窒化シリコン膜のエッチングを共通のエッチングガスとすることができる。
【０１０１】
次に、窒化シリコン膜パターン３５をマスクとしてタングステン膜２６のエッチングを行い、タングステン膜パターン３６を形成する（図７（ｃ））。エッチングガスとしては、例えば六フッ化硫黄（ＳＦ６）と窒素（Ｎ２）の混合ガスを用いることができる。
【０１０２】
１つの例として、被加工基板上に、膜厚５０ｎｍのタングステン膜を形成した。次に、タングステン膜の上に、ＣＶＤ法を用いて膜厚７０ｎｍの窒化シリコン膜を形成した。
【０１０３】
次に、窒化シリコン膜の上に、熱硬化性のノボラック系樹脂組成物を塗布し、２０５℃で６０秒間加熱することにより、膜厚１００ｎｍの反射防止膜を形成した。続いて、ポリビニルフェノール系のレジスト組成物を塗布し、１３０℃で６０秒間加熱することにより、膜厚６０ｎｍのレジスト膜を形成した。
【０１０４】
次に、Ｆ２レーザを光源とする露光機を用い、マスクを介してレジスト膜を露光した。露光後、１３０℃で９０秒間加熱を行った。続いて、濃度２．３８％のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド溶液を用いて現像し、レジストパターンを形成した。
【０１０５】
次に、レジストパターンをマスクとして、反射防止膜のドライエッチングを行った。エッチングガスとしては、窒素と酸素の混合ガスを用いた。この際、下地の窒化シリコン膜が露出すると略同時に、レジストパターンが完全にエッチングされるようにした。
【０１０６】
次に、波長３６５ｎｍの紫外線を発生するランプを用いて、反射防止膜パターンに紫外線を６０秒間照射した。その後、反射防止膜パターンをマスクとして、窒化シリコン膜のドライエッチングを行った。エッチングガスとしては、テトラフルオロメタン、酸素およびジフルオロメタンの混合ガスを用いた。
【０１０７】
次に、窒化シリコン膜をマスクとして、タングステン膜のドライエッチングを行った。エッチングガスとしては、六フッ化硫黄と窒素の混合ガスを用いた。以上の工程により、良好な微細パターンのゲート電極構造を得た。
【０１０８】
本実施の形態のパターン形成方法によれば、反射防止膜パターンの硬化処理を行うことによって、反射防止膜パターンをマスクとした窒化シリコン膜のエッチングが可能となる。また、タングステン膜は、窒化シリコン膜パターンをマスクとしてエッチングされる。したがって、レジストパターンは反射防止膜をエッチングする際のマスクとしてのみ使用すればよいので、レジスト膜の膜厚を小さくすることができる。これにより、ＫｒＦエキシマレーザやＡｒＦエキシマレーザに対応するレジストを用いて、Ｆ２レーザを光源とする露光機により露光した場合であっても、レジスト膜の底部まで十分に露光光を到達させることが可能となる。また、反射防止膜の膜厚を小さくする必要がなくなるので、露光光の反射を防いで良好なレジストパターンを形成することができる。
【０１０９】
また、本実施の形態における反射防止膜のエッチング処理、反射防止膜パターンの硬化処理、窒化シリコン膜のエッチング処理およびタングステン膜のエッチング処理は、実施の形態１で説明したパターン形成装置１００を用いて好ましく行うことができる．
【０１１０】
以下に、図４のパターン形成装置１００を本実施の形態に適用した場合について説明する。尚、図４（ａ）〜（ｃ）における被加工基板２１は、本実施の形態の方法に従ってレジストパターン形成工程までを終えたものであるとする。
【０１１１】
まず、被加工基板２１をドライエッチング部１２に置く（図４（ａ））。そして、導入口１４からエッチングガスＧ１を導入して反射防止膜のエッチングを行う。次に、ステージ１９を紫外線照射部１３へ移動し、被加工基板２１に硬化処理を行う（図４（ｂ））。その後、ステージ１９をドライエッチング部１２へ移動し、窒化シリコン膜のエッチング処理を行う（図４（ｃ））。続いて、（必要に応じて）エッチングガスの入れ替えを行い、タングステン膜のエッチングを行う。
【０１１２】
このように、反射防止膜のエッチング処理からタングステン膜のエッチング処理までを同一のチャンバ内で行うことによって、スループットを向上させることができるとともに、異物の付着などを防いで歩留まりを向上させることが可能となる。
【０１１３】
実施の形態３．
図８〜図１０を用いて、本実施の形態によるパターン形成方法について説明する。本実施の形態では、反射防止膜の表面にエッチングレートを遅くする原子を導入することを特徴としている。
【０１１４】
まず、被加工基板として、タングステン膜が形成された半導体基材を準備する。例えば、図８（ａ）に示すように、半導体基材４０上に、ＣＶＤ法などによってタングステン（Ｗ）膜４１を形成する。タングステン膜４１は、例えば、７０ｎｍのデザイン・ルールに対応するトランジスタのゲート電極材料として用いられる。
【０１１５】
半導体基材４０としては、例えば、素子分離領域やソースまたはドレインとなる拡散層などが形成されたシリコン基板上に、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜などのゲート絶縁膜が形成されたものを用いることができる。
【０１１６】
半導体基材４０上に形成する膜は、タングステン膜に限られるものではない。例えば、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）またはチタン（Ｔｉ）などの他の導電膜を形成してもよい。さらに、ゲート電極材料に限らず、半導体装置の製造工程で用いられてパターニングを必要とする膜であれば、他の膜を形成してもよい。
【０１１７】
次に、図８（ｂ）に示すように、タングステン膜４１の上に反射防止膜４２を形成する。本実施の形態においては、屈折率ｎが１．６０≦ｎ≦１．９０であり、消衰係数ｋが０．１２≦ｋの反射防止膜であることが好ましい。また、１０ｎｍ以上で２００ｎｍ以下の膜厚であることが好ましい。反射防止膜を形成する樹脂組成物は実施の形態１と同様のものを用いることができるが、特にノボラック系樹脂組成物を用いることが好ましい。
【０１１８】
本実施の形態においては、反射防止膜４２を形成した後、その表面に反射防止膜４２のエッチングレートを遅くする原子を導入することを特徴としている。具体的には、反射防止膜４２のエッチングレートが、下地のタングステン膜４１のエッチングレートよりも大きくなるようにする。
【０１１９】
反射防止膜のエッチングレートを遅くする原子としては、例えば、ホウ素（Ｂ）、ヒ素（Ａｓ）またはゲルマニウム（Ｇｅ）などが挙げられる。このような原子を反射防止膜に導入することによって、導入した部分における反射防止膜の構造を変化させて、ドライエッチング耐性を向上させることが可能となる。
【０１２０】
反射防止膜４２への原子の導入は、例えば、図８（ｃ）に示すように、イオン注入法を用いて行うことができる。本実施の形態は、反射防止膜表面のドライエッチング耐性を向上させることを目的としており、半導体装置の電気的特性には影響を及ぼさないことが好ましい。したがって、イオン注入は、打ち込みエネルギーを低くして、反射防止膜４２の表面にのみ注入層４３が形成されるようにする。具体的な注入層４３の厚さは、ドライエッチングの条件などに応じて適宜設定することが好ましい。
【０１２１】
また、反射防止膜への原子の導入は、反射防止膜をプラズマ処理することによっても行うことができる。例えば、反射防止膜をホウ素プラズマ中に曝すことによって、反射防止膜の表面にホウ素を導入することができる。この方法によれば、表面近傍にのみ原子を導入することができるので、半導体装置の電気的特性に影響を与えるおそれがない。
【０１２２】
次に、図９（ａ）に示すように、表面の改質処理を終えた反射防止膜４４の上にレジスト膜４５を形成する。レジスト膜４５は、実施の形態１と同様のものを用いることができる。例えば、ＫｒＦエキシマレーザまたはＡｒＦエキシマレーザを光源とする露光機に対応したレジストが挙げられる。
【０１２３】
レジスト膜４５の形成は、例えばスピンコート法などによって行うことができる。また、レジスト膜４５の膜厚は、半導体装置の製造工程に応じた所定の膜厚とすることができるが、本実施の形態のパターン形成方法によれば、従来より小さい膜厚とすることが可能となる。
【０１２４】
次に、図９（ｂ）に示すように、所定のマスク４６を介してレジスト膜４５に露光光４７を照射する。露光装置としては、例えば、Ｆ２レーザを光源とする露光装置を用いることができる。また、マスク４６は、所望の線幅のレジストパターンに対応したものを用いることができる。
【０１２５】
この露光は、レジスト膜４５に所定のレジストパターン潜像を形成することを目的として行うものである。すなわち、レジスト膜４５に露光光を照射することによって、図９（ｂ）に示すように、レジスト膜４５内に露光部４５１と未露光部４５２とからなるレジストパターン潜像が形成される。
【０１２６】
次に、露光後の半導体基材に対して加熱処理を行う。加熱処理は、密閉式の加熱炉またはホットプレートなどを用いて行うことができる。
【０１２７】
加熱処理工程を終えた後は、レジスト膜に現像処理を施す。現像は、例えば、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液を用いたアルカリ現像などによって行うことができる。
【０１２８】
例えば、ポジ型レジストを用いた場合、露光部４５１ではアルカリ可溶性ポリマー構造が形成される一方、未露光部４５２ではアルカリ不溶性ポリマー構造となっている。したがって、アルカリ現像処理を行うことによって、露光部４５１のみが現像液に溶解して除去される結果、図９（ｃ）に示すようなレジストパターン４８が形成される。
【０１２９】
次に、半導体基材に付着した現像液および現像液に溶解したレジストをリンス液によって洗い流す。具体的には、半導体基材上にリンス液をシャワー状またはスプレー状に吐出することによって洗い流すことができる。現像液としてアルカリ水溶液を用いた場合には、リンス液として例えば純水を使用することができる。
【０１３０】
リンス液によって現像液および現像液に溶解したレジストを洗い流した後は、乾燥によってリンス液を除去する。例えば、半導体基材を高速で回転させることによって乾燥を行うことができる。
【０１３１】
次に、レジストパターン４８をマスクとして反射防止膜４４をドライエッチングして、図１０（ａ）に示すような反射防止膜パターン４９を形成する。この際、反射防止膜４４のエッチングが進行してタングステン膜４１が露出すると略同時に、レジストパターン４８がエッチングによって消失するようにエッチング条件を設定することが好ましい。反射防止膜がノボラック型エポキシ樹脂から形成されている場合には、窒素（Ｎ２）と酸素（Ｏ２）の混合ガスまたはテトラフルオロメタン（ＣＦ４）と酸素の混合ガスをエッチングガスとして用いることができる。
【０１３２】
次に、反射防止膜パターン４９をマスクとして、タングステン膜４１のエッチングを行う。本実施の形態によれば、反射防止膜４４の表面にエッチングレートを遅くする原子を導入するので、ドライエッチング耐性の高い反射防止膜パターン４９を得ることができる。したがって、レジストパターン４８ではなく、反射防止膜パターン４９をマスクとして、タングステン膜４１のエッチングを行うことができる。
【０１３３】
以上の工程によって、図１０（ｂ）に示すようなタングステン膜パターン５０を得ることができる。
【０１３４】
本実施の形態のパターン形成方法によれば、反射防止膜の改質処理を行うことによって、反射防止膜のドライエッチング耐性を向上させることができる。これにより、反射防止膜パターンをマスクとしてタングステン膜のエッチングを行うことができる。レジストパターンは反射防止膜をエッチングする際のマスクとしてのみ使用すればよいので、レジスト膜の膜厚を小さくすることができる。したがって、ＫｒＦエキシマレーザやＡｒＦエキシマレーザに対応するレジストを用いて、Ｆ２レーザを光源とする露光機により露光した場合であっても、レジスト膜の底部まで十分に露光光を到達させることが可能となる。また、反射防止膜の膜厚を小さくする必要がなくなるので、露光光の反射を防いで良好なレジストパターンを形成することができる。
【０１３５】
本実施の形態においては、タングステン膜の上に反射防止膜を形成したが、本実施の形態はこれに限られるものではない。実施の形態２と同様に、タングステン膜と反射防止膜の間に窒化シリコン膜などの無機膜を設け、反射防止膜パターンをマスクとして無機膜をエッチングした後、形成した無機膜パターンをマスクとしてタングステン膜をエッチングしてもよい。この場合、反射防止膜のエッチングレートが、下地の無機膜のエッチングレートよりも大きくなるようにする。
【０１３６】
無機膜が窒化シリコン膜であって、反射防止膜がノボラック系樹脂組成物から形成されている場合には、テトラフルオロメタン（ＣＦ４）と酸素（Ｏ２）の混合ガスをエッチングガスとして用いることによって、反射防止膜のエッチングと窒化シリコン膜のエッチングを連続して行うことができる。この場合、１の方法によれば、レジストパターンをマスクとしてこれらの膜をエッチングすることができる。また、他の方法によれば、まず、レジストパターンをマスクとして反射防止膜のエッチングを行い、レジストパターンがエッチングによって消失した段階で、反射防止膜をマスクとして窒化シリコン膜のエッチングを行うこともできる。
【０１３７】
【発明の効果】
本発明によれば、反射防止膜パターンの硬化処理を行うことによって、そのドライエッチング耐性を向上させることができる。これにより、反射防止膜パターンをマスクとして下地膜のエッチングを行うことができ、レジストパターンは反射防止膜をエッチングする際のマスクとしてのみ使用すればよいので、レジスト膜の膜厚を小さくすることができる。また、反射防止膜の膜厚を小さくする必要がないので、界面での露光光の反射を効果的に抑制することができる。
【０１３８】
また、本発明によれば、反射防止膜のエッチング処理、硬化処理および被加工基板のエッチング処理を同一のチャンバ内で行うパターン形成装置を用いる。したがって、スループットを向上させることができるとともに、異物の付着などを防いで歩留まりを向上させることも可能となる。
【０１３９】
さらに、本発明によれば、反射防止膜の改質処理を行うことによって、反射防止膜のドライエッチング耐性を向上させることができる。これにより、反射防止膜パターンをマスクとして下地膜のエッチングを行うことができ、レジストパターンは反射防止膜をエッチングする際のマスクとしてのみ使用すればよいので、レジスト膜の膜厚を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態１にかかるパターン形成方法の工程を示す断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態１にかかるパターン形成方法の工程を示す断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態１にかかるパターン形成方法の工程を示す断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、本発明にかかるパターン形成装置の一例を示す断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態２にかかるパターン形成方法の工程を示す断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態２にかかるパターン形成方法の工程を示す断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態２にかかるパターン形成方法の工程を示す断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態３にかかるパターン形成方法の工程を示す断面図である。
【図９】（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態３にかかるパターン形成方法の工程を示す断面図である。
【図１０】（ａ）および（ｂ）は、実施の形態３にかかるパターン形成方法の工程を示す断面図である。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）は、従来のパターン形成方法の工程を示す断面図である。
【図１２】（ａ）〜（ｄ）は、従来のパターン形成方法の工程を示す断面図である。
【符号の説明】
１，２５，４０ 半導体基材、 ２，２６，４１ タングステン膜、 ３，２８，４２ 反射防止膜、 ４，２９，４５ レジスト膜、 ５，３０，４６ マスク、 ６，３１，４７ 露光光、 ７，３２，４８ レジストパターン、 ８，３３，４９ 反射防止膜パターン、 ９，３４ 紫外線、 １０，３６，５０タングステン膜パターン、 １２ ドライエッチング部、 １３ 紫外線照射部、 ２１ 被加工基板、 ２７ 窒化シリコン膜、 ３５ 窒化シリコン膜パターン、 ４３ 注入層、 １００ パターン形成装置。
【発明の属する技術分野】
本発明は、パターン形成方法およびパターン形成装置に関し、より詳しくは、Ｆ２レーザを光源とする露光機を用いたパターン形成方法およびパターン形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置の集積度の増加に伴い個々の素子の寸法は微小化が進み、各素子を構成する配線やゲートなどの幅も微細化されている。
【０００３】
この微細化を支えているフォトリソグラフィ技術には、被加工基板表面にレジスト組成物を塗布してレジスト膜を形成する工程、光を照射して所定のレジストパターンを露光することによりレジストパターン潜像を形成する工程、必要に応じ加熱処理する工程、次いでこれを現像して所望のレジストパターンを形成する工程、および、このレジストパターンをマスクとして被加工基板に対してエッチングなどの加工を行う工程が含まれる。
【０００４】
このようなフォトリソグラフィ技術を用いて、微細なデザイン・ルールを有する半導体装置を製造するに際しては、微細なレジストパターンを形成することが必要となる。
【０００５】
レジストパターンの微細化を図る手段の一つとして、上記のレジストパターン潜像を形成する際に使用される露光光の短波長化が進められている。
【０００６】
従来、例えば６４Ｍビットまでの集積度のＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）の製造には、高圧水銀灯のｉ線（波長：３６５ｎｍ）が光源として使用されてきた。近年では、２５６メガビットＤＲＡＭの量産プロセスには、ＫｒＦ（フッ化クリプトン）エキシマレーザ（波長：２４８ｎｍ）を露光光源として用いた技術が実用化されている。また、１ギガビット以上の集積度を持つＤＲＡＭの製造には、ＡｒＦ（フッ化アルゴン）エキシマレーザ（波長：１９３ｎｍ）の実用化が検討されている。さらに、１００ｎｍ以下のデザイン・ルールに対応する微細パターンを実現する技術として、より波長の短いＦ２（フッ素）レーザ（波長：１５７ｎｍ）を露光光源として用いることが考えられている。
【０００７】
しかしながら、上記のレジストパターン潜像を形成する工程においては、従来より次のような問題があった。
【０００８】
その１つは、レジスト膜に露光光を照射した場合、レジスト膜内部に光の多重干渉による定在波が発生し、これによりレジスト膜の膜厚方向に露光ムラが生じるというものである。このような露光ムラは、レジストパターンの形状劣化を引き起こし、パターン解像度の低下を招く。
【０００９】
２つ目は、被加工基板に段差がある場合の露光光の反射の問題である。レジスト膜に露光光を照射すると、露光光はレジスト膜中を進んで行き、下地の非加工基板との界面で反射する。このとき、被加工基板の表面が水平である場合には、光は入射方向と反対の方向に反射する。一方、被加工基板の表面に段差があり、露光光がこの段差部で反射する場合には、光は段差部の傾斜角に対応して種々の方向に反射する。これにより、反射光が本来露光しない領域（マスクで遮蔽された領域）にも進入してその部分のレジスト膜を露光してしまい、所望のレジストパターンを形成することができなくなる。
【００１０】
このような問題を解消するために、従来より、被加工基板とレジスト膜との間に反射防止膜を介在させる方法（Ｂｏｔｔｏｍ Ａｎｔｉ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ Ｃｏａｔｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ，以下、ＢＡＲＣ法という。）が用いられている。この方法によれば、レジスト膜を透過した露光光は、反射防止膜に吸収されて界面で反射しないようになる。
【００１１】
図１１〜図１２を用いて、ＢＡＲＣ法によるフォリソグラフィ工程について説明する。
【００１２】
まず、半導体基板６０の上に形成された被加工膜６１上に、反射防止膜６２を形成する（図１１（ａ））。次に、反射防止膜６２の上にレジスト膜６３を形成し（図１１（ｂ））、マスク６４を介して露光光６５を照射する（図１１（ｃ））。続いて、現像処理を行い、レジストパターン６６を形成する（図１２（ａ））。その後、レジストパターン６６をマスクとして、反射防止膜６２をドライエッチングし、反射防止膜パターン６７を形成する（図１２（ｂ））。さらに、レジストパターン６６をマスクとして被加工膜６１をドライエッチングして、所望の被加工膜パターン６８を形成する（図１２（ｃ））。最後に、レジストパターン６６および反射防止膜パターン６７を除去して、図１２（ｄ）の構造とする。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＢＡＲＣ法により、Ｆ２レーザを露光光源としてレジスト膜を露光する場合には次のような問題がある。
【００１４】
Ｆ２レーザの発振波長は１５７ｎｍと短波長であるために、レジスト膜には、このような短波長の光を透過する高い透明性が必要とされる。しかしながら、従来、Ｆ２レーザに対応するレジスト膜はなかった。そこで、ＫｒＦエキシマレーザまたはＡｒＦエキシマレーザに対応するレジスト膜を用い、これにＦ２レーザ光を照射すると、波長１５７ｎｍの光に対するレジスト膜の透過率が低いために露光光がレジスト膜の底部まで十分に到達せず、所望のレジストパターンを形成することができないという問題があった。
【００１５】
この場合、レジスト膜の膜厚を小さくすると露光光をレジスト膜の底部まで到達させることが可能となる。しかし、このように薄いレジストパターンをマスクとして反射防止膜および被加工基板のエッチング処理を行うと、これらのパターニングが終了する前に、レジストパターンがエッチングによって消失してしまうという問題があった。さらに、反射防止膜の膜厚を小さくしてレジストパターンの消失を防ごうとすると、露光光の反射が大きくなり反射防止膜としての機能が果たせなくなるという問題もあった。
【００１６】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものである。即ち、本発明の目的は、従来使用されてきたレジストを用いて、Ｆ２レーザを光源とする露光機により、被加工基板に所望のパターンを形成することのできるパターン形成方法およびパターン形成装置を提供することにある。
【００１７】
本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明のパターン形成方法は、被加工基板の上に反射防止膜を形成する工程と、この反射防止膜の上にレジスト膜を形成する工程と、このレジスト膜に所定のマスクを介して露光光を照射することによってレジストパターン潜像を形成する工程と、レジスト膜に現像処理を施すことによってレジストパターンを形成する工程と、このレジストパターンをマスクとした反射防止膜のエッチングによって反射防止膜パターンを形成する工程と、この反射防止膜パターンに硬化処理を施す工程と、硬化処理後の反射防止膜パターンをマスクとして被加工基板をエッチングする工程とを有することを特徴とする。硬化処理は、加熱処理または紫外線照射処理とすることができる。また、加熱と紫外線照射とが同じに行われる処理とすることもできる。さらに、硬化処理は、電子線照射処理とすることもできる。
【００１９】
また、本発明のパターン形成方法は、被加工基板の上に反射防止膜を形成する工程と、この反射防止膜の表面にホウ素、ヒ素およびゲルマニウムよりなる群から選ばれるいずれか１の原子を導入する工程と、原子が導入された反射防止膜の上にレジスト膜を形成する工程と、このレジスト膜に所定のマスクを介して露光光を照射することによってレジストパターン潜像を形成する工程と、レジスト膜に現像処理を施すことによってレジストパターンを形成する工程と、このレジストパターンをマスクとした反射防止膜のエッチングによって反射防止膜パターンを形成する工程と、この反射防止膜パターンをマスクとして被加工基板をエッチングする工程とを有することを特徴とする。反射防止膜への原子の導入は、イオン注入法を用いて行うことができる。また、導入する原子のプラズマ中に反射防止膜を曝すことによっても行うことができる。
【００２０】
本発明のパターン形成方法においては、反射防止膜をノボラック系樹脂組成物から形成することができる。また、露光光は波長１５７ｎｍのＦ２レーザ光とすることができる。さらに、レジスト膜は、ＫｒＦレジスト膜またはＡｒＦレジスト膜とすることができる。
【００２１】
本発明のパターン形成方法においては、被加工基板はタングステン膜を有し、このタングステン膜上に反射防止膜が形成されていて、反射防止膜パターンをマスクとしてタングステン膜をエッチングすることができる。
【００２２】
また、本発明のパターン形成方法においては、被加工基板はタングステン膜およびこのタングステン膜の上に形成された無機膜を有し、この無機膜の上に反射防止膜が形成されていて、反射防止膜パターンをマスクとして無機膜をエッチングすることができる。
【００２３】
本発明のパターン形成装置は、被加工基板上に形成された反射防止膜をエッチングして反射防止膜パターンを形成するドライエッチング部と、この反射防止膜パターンに紫外線照射を行う紫外線照射部と、ドライエッチング部と紫外線照射部との間で被加工基板を搬送する搬送手段とを有することを特徴とする。紫外線照射部はさらに熱を発生するものとすることができる。また、ドライエッチング部と紫外線照射部とを、同一の真空チャンバ内に配置することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１〜図４を用いて、本実施の形態によるパターン形成方法およびパターン形成装置について説明する。
【００２５】
まず、被加工基板として、タングステン膜が形成された半導体基材を準備する。例えば、図１（ａ）に示すように、半導体基材１上に、化学気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，以下、ＣＶＤという。）などによってタングステン（Ｗ）膜２を形成する。タングステン膜２は、例えば、７０ｎｍのデザイン・ルールに対応するトランジスタのゲート電極材料として用いられる。
【００２６】
半導体基材１としては、例えば、素子分離領域やソースまたはドレインとなる拡散層などが形成されたシリコン基板上に、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜などのゲート絶縁膜が形成されたものを用いることができる。
【００２７】
半導体基材１上に形成する膜は、タングステン膜に限られるものではない。例えば、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）またはチタン（Ｔｉ）などの他の導電膜を形成してもよい。さらに、ゲート電極材料に限らず、半導体装置の製造工程で用いられてパターニングを必要とする膜であれば、他の膜を形成してもよい。
【００２８】
次に、図１（ｂ）に示すように、タングステン膜２の上に反射防止膜３を形成する。本実施の形態においては、屈折率ｎが１．６０≦ｎ≦１．９０であり、消衰係数ｋが０．１２≦ｋの反射防止膜であることが好ましい。また、１０ｎｍ以上で２００ｎｍ以下の膜厚であることが好ましい。
【００２９】
また、本実施の形態における反射防止膜３は、有機材料を主成分とするものが好ましく用いられる。有機材料は、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂および電子線硬化性樹脂のいずれであってもよい。また、光硬化性樹脂組成物は、ラジカル重合を利用して硬化するものであってもよいし、光により発生した酸により硬化するものであってもよい。
【００３０】
次に、図１（ｃ）に示すように、反射防止膜３の上にレジスト膜４を形成する。レジスト膜４の形成は、例えばスピンコート法などを用いて行うことができる。また、レジスト膜４の膜厚は、半導体装置の製造工程に応じた所定の膜厚とすることができるが、本実施の形態のパターン形成方法によれば、従来より小さい膜厚とすることが可能となる。
【００３１】
本発明において使用されるレジスト膜は、ポジ型のレジスト膜であってもよいし、ネガ型のレジスト膜であってもよい。また、光によって反応するレジスト膜であってもよいし、電子線によって反応するレジスト膜であってもよい。例えば、ＫｒＦエキシマレーザ用レジスト（ＫｒＦレジストともいう。以下、同じ。）として使用される、ポリヒドロキシスチレンなどのポリビニルフェノール系のレジストや、ＡｒＦエキシマレーザ用レジスト（ＡｒＦレジストともいう。以下、同じ。）として使用される、ポリメチルメタクリル酸などのポリアクリル酸系のレジストを使用することができる。
【００３２】
次に、図２（ａ）に示すように、所定のマスク５を介してレジスト膜４に露光光６を照射する。露光装置としては、例えば、Ｆ２レーザを光源とする露光装置を用いることができる。また、マスク５は、所望の線幅のレジストパターンに対応したものを用いることができる。
【００３３】
この露光は、レジスト膜４に所定のレジストパターン潜像を形成することを目的として行うものである。すなわち、レジスト膜４に露光光を照射することによって、図２（ａ）に示すように、レジスト膜４内に露光部４１と未露光部４２とからなるレジストパターン潜像が形成される。
【００３４】
次に、露光後の半導体基材に対して加熱処理を行う。加熱処理は、密閉式の加熱炉またはホットプレートなどを用いて行うことができる。
【００３５】
加熱処理工程を終えた後は、レジスト膜に現像処理を施す。現像は、例えば、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液を用いたアルカリ現像などによって行うことができる。
【００３６】
例えば、ポジ型のレジスト膜を用いた場合、露光部４１ではアルカリ可溶性ポリマー構造が形成される一方、未露光部４２ではアルカリ不溶性ポリマー構造となっている。したがって、アルカリ現像処理を行うことによって、露光部４１のみが現像液に溶解して除去される結果、図２（ｂ）に示すようなレジストパターン７が形成される。
【００３７】
次に、半導体基材に付着した現像液および現像液に溶解したレジストをリンス液によって洗い流す。具体的には、半導体基材上にリンス液をシャワー状またはスプレー状に吐出することによって洗い流すことができる。現像液としてアルカリ水溶液を用いた場合には、リンス液として例えば純水を使用することができる。
【００３８】
リンス液によって現像液および現像液に溶解したレジストを洗い流した後は、乾燥によってリンス液を除去する。例えば、半導体基材を高速で回転させることによって乾燥を行うことができる。
【００３９】
次に、レジストパターン７をマスクとして反射防止膜３をドライエッチングして、図２（ｃ）に示すような反射防止膜パターン８を形成する。この際、反射防止膜３のエッチングが進行してタングステン膜２が露出すると略同時に、レジストパターン７がエッチングによって消失するようにエッチング条件を設定することが好ましい。
【００４０】
本実施の形態では、図３（ａ）に示すように、反射防止膜のエッチング終了後、形成された反射防止膜パターン８に紫外線９を照射することを特徴としている。反射防止膜の種類に応じて、紫外線照射でなく電子線照射を行ってもよいし、あるいは加熱処理を行ってもよい。また、これらを組み合わせて行ってもよい。
【００４１】
このような処理を行うことにより、反射防止膜を形成する樹脂の硬化を進行させ、後工程でのドライエッチングに対する耐性を向上させることができる。具体的には、反射防止膜のエッチングレートが、下地のタングステン膜のエッチングレートよりも大きくなるようにする。
【００４２】
例えば、反射防止膜の形成材料として熱硬化性樹脂組成物を用いた場合には、反射防止膜パターンに加熱処理を行う。加熱処理の条件は、樹脂の硬化反応が起こるような温度および時間とする。
【００４３】
また、反射防止膜の形成材料として光硬化性樹脂組成物を用いた場合には、反射防止膜パターンに紫外線照射を行う。照射する光の波長および照射量は、樹脂の硬化が起こるような条件とする。
【００４４】
さらに、反射防止膜の形成材料として電子線硬化性樹脂組成物を用いた場合には、反射防止膜に適当なエネルギーの電子線を照射する。
【００４５】
以上のような処理を反射防止膜に行うことにより、反射防止膜を形成している樹脂の架橋密度が高まるなどして、ドライエッチング耐性を高めることができる。尚、反射防止膜の種類によって、例えば、加熱と紫外線照射とが同時に行われるようにしてもよい。
【００４６】
本実施の形態においては、硬化による体積収縮の大きい材料を用いて形成された反射防止膜は、加熱または紫外線若しくは電子線の照射後のパターン寸法の変動が大きくなることから好ましくない。したがって、硬化による体積収縮の小さい樹脂組成物により形成された反射防止膜を用いることが好ましい。
【００４７】
例えば、加熱硬化性のノボラック系樹脂組成物を用いて形成した反射防止膜であれば、加熱処理後のパターンのシュリンク（寸法縮小）がほとんどないので、露光後のパターンサイズを維持することが可能である。
【００４８】
次に、反射防止膜パターン８をマスクとしてタングステン膜２をドライエッチングして、図３（ｂ）に示すようなタングステン膜パターン１０を形成する。
【００４９】
このように、本実施の形態においては、レジストパターンではなく反射防止膜パターンをマスクとして、タングステン膜のエッチングを行う。これは、反射防止膜パターンの硬化反応を進めて耐エッチング性を向上させたことにより、反射防止膜パターンがタングステン膜エッチングの際のマスクとして十分に使用することができるようになったことに対応するものである。これにより、レジストパターンは反射防止膜をエッチングする際のマスクとしてのみ使用されればよいので、レジスト膜の膜厚を従来より小さいものとすることが可能となる。したがって、ＫｒＦエキシマレーザやＡｒＦエキシマレーザに対応したレジストを用い、Ｆ２レーザを光源として露光した場合であっても、レジスト底部まで十分に露光することが可能となる。
【００５０】
タングステン膜パターンを形成した後は、不要となった反射防止膜パターンを除去して図３（ｃ）に示す構造とする。
【００５１】
１つの例として、被加工基板上に、膜厚５０ｎｍのタングステン膜を形成した。次に、タングステン膜の上に、熱硬化性のノボラック系樹脂組成物を塗布し、２０５℃で６０秒間加熱することにより、膜厚１２０ｎｍの反射防止膜を形成した。続いて、ポリビニルフェノール系のレジスト組成物を塗布し、１３０℃で６０秒間加熱することにより、膜厚８０ｎｍのレジスト膜を形成した。
【００５２】
次に、Ｆ２レーザを光源とする露光機を用い、マスクを介してレジスト膜を露光した。露光後、１３０℃で９０秒間加熱を行った。続いて、濃度２．３８％のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド溶液を用いて現像し、レジストパターンを形成した。
【００５３】
次に、レジストパターンをマスクとして、反射防止膜のドライエッチングを行った。エッチングガスとしては、窒素と酸素の混合ガスを用いた。この際、下地のタングステン膜が露出すると略同時に、レジストパターンが完全にエッチングされるようにした。
【００５４】
次に、波長３６５ｎｍの紫外線を発生するランプを用いて、反射防止膜パターンに紫外線を６０秒間照射した。その後、反射防止膜パターンをマスクとして、タングステン膜のドライエッチングを行った。エッチングガスとしては、六フッ化硫黄と窒素の混合ガスを用いた。
【００５５】
最後に、酸素プラズマで反射防止膜パターンを除去することによって、良好な微細パターンのゲート電極構造を得た。
【００５６】
本実施の形態のパターン形成方法によれば、反射防止膜パターンの硬化処理を行うことによって、反射防止膜パターンをマスクとしてタングステン膜のエッチングを行うことができる。したがって、レジストパターンは反射防止膜をエッチングする際のマスクとしてのみ使用すればよいので、レジスト膜の膜厚を小さくすることができる。これにより、ＫｒＦエキシマレーザやＡｒＦエキシマレーザに対応するレジストを用いて、Ｆ２レーザを光源とする露光機により露光した場合であっても、レジスト膜の底部まで十分に露光光を到達させることが可能となる。また、反射防止膜の膜厚を小さくする必要がなくなるので、露光光の反射を防いで良好なレジストパターンを形成することができる。
【００５７】
図４（ａ）〜（ｃ）は、本実施の形態におけるパターン形成装置の一例である。このパターン形成装置は、被加工基板上に形成された反射防止膜をエッチングして反射防止膜パターンを形成するドライエッチング部と、反射防止膜パターンに紫外線照射を行う紫外線照射部と、ドライエッチング部と紫外線照射部との間で被加工基板を搬送する搬送手段とを有することを特徴としている。
【００５８】
図に示すように、本実施の形態にかかるパターン形成装置１００は、真空チャンバ１１内に、ドライエッチング部１２と、紫外線照射部１３とを有する。また、真空チャンバ１１には、真空チャンバ１１内にエッチングガスを導入する導入口１４と、真空チャンバ１１内で発生したガスなどを排気する排気口１５とが設けられている。
【００５９】
ドライエッチング部１２は、接地された上部電極１６と、上部電極１６と対向する位置に所定の間隔をおいて配置された下部電極１７とを有する。下部電極１７は、高周波（ＲＦ）電源１８に接続している。また、下部電極１７は、基板載置台を兼ねているとともに、横方向に移動可能なステージ１９上に設置されている。すなわち、ステージ１９は、ドライエッチング部１２と紫外線照射部１３との間で、下部電極１７の上に載置された基板を搬送する搬送手段としての役割を有している。
【００６０】
一方、紫外線照射部１３は、紫外線を発生するランプ部２０を有する。
【００６１】
まず、図４（ａ）を参照しながら、反射防止膜のエッチングを行う工程について説明する。
【００６２】
下部電極１７の上に、被加工基板２１を載置する。被加工基板２１は、本実施の形態により形成されたタングステン膜（図示せず）を有している。また、被加工基板２１上には、反射防止膜およびレジストパターン（図示せず）が形成されており、レジストパターンが上部電極１６側に向くようにして載置される。
【００６３】
次に、導入口１４からエッチングガスＧ１を所定の流量で導入する。そして、下部電極１７に高周波を印加すると、プラズマ放電域２２に到達したエッチングガスがプラズマ化する。このプラズマガスを用い、レジストパターンをマスクとして、反射防止膜の異方性エッチングを行う。エッチングにより発生したガスや余剰のエッチングガスＧ２は、排気口１５から真空チャンバ１１の外へ排出される。
【００６４】
反射防止膜のエッチングを終了した後は、続いて反射防止膜パターンの硬化処理を行う。図４（ｂ）を参照しながら、反射防止膜パターンの硬化処理について説明する。
【００６５】
ステージ１９によって下部電極１７を図の左方向に移動し、被加工基板２１が紫外線照射部１３に設けられたランプ部２０の下に位置するようにする（図４（ｂ））。ランプ部２０には、反射防止膜を形成する樹脂の硬化に適当な紫外線を照射するランプが設けられている。ここで、紫外線照射部１３は、被加工基板に紫外線を照射するとともに、ランプ部２０からの放射熱によって被加工基板２１を加熱することのできるものであることが好ましい。例えば、高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプ、低圧水銀ランプまたはメタルハライドランプなどを用いて、ランプ部を構成することができる。尚、分解反応が起こることを防ぐために、ランプ部にフィルタを用いて、短波長（例えば、２００ｎｍ以下の波長）の光をカットするようにしてもよい。
【００６６】
そして、硬化処理によって発生したガスＧ３は、排気口１５から真空チャンバ１１の外へ排出される。
【００６７】
本実施の形態のパターン形成装置によれば、紫外線照射部において反射防止膜パターンに紫外線を照射することによって、反射防止膜を形成する光硬化性樹脂の硬化を進行させることができる。また、反射防止膜が、加熱硬化性樹脂から形成されている場合であっても、紫外線照射部で発生する放射熱によって樹脂の硬化を進行させることができる。
【００６８】
本実施の形態において行う硬化処理は、既にある程度硬化している樹脂に対して行うものであって、その目的はドライエッチング耐性を高めることにある。したがって、樹脂組成物を硬化して反射防止膜を形成する場合に比較すると、硬化条件はそれほど厳密なものである必要はない。したがって、熱硬化性のノボラック系樹脂組成物から形成された反射防止膜であっても、紫外線照射の際に発生する熱によって硬化を進めることができ、本発明の目的を達成することができる。
【００６９】
以上述べたように、本実施の形態のパターン形成装置によれば、放射熱を発生するランプを用いた紫外線照射部を設けることによって、光硬化性樹脂および熱硬化性樹脂の両方に対して、硬化を進めて耐エッチング性を向上させることができる。
【００７０】
但し、反射防止膜が光硬化性の樹脂から形成されている場合において、被加工基板に熱が加わるのが好ましくない場合には、ランプ部に冷却手段を設けることが好ましい。例えば、ランプ部を冷却することによって、被加工基板上での温度上昇を抑えることができる。
【００７１】
また、反射防止膜が熱硬化性の樹脂から形成されている場合において、被加工基板に紫外線が照射されることが好ましくない場合には、紫外線照射部に代えて加熱処理部を有するパターン形成装置とする。例えば、図４（ａ）〜（ｃ）のランプ部に代えてヒータ部を設ける。これにより、反射防止膜に対して加熱処理のみを行うことができる。
【００７２】
さらに、紫外線照射部と加熱処理部とを併せ持つパターン形成装置であってもよい。例えば、図４（ａ）〜（ｃ）の装置において、下部電極１７の下にヒータ（図示せず）を配置する。反射防止膜が光硬化性樹脂から形成されている場合には、ヒータの電源をオフとした状態で紫外線照射部１３において紫外線照射を行う。この際、冷却手段（図示せず）によってランプ部２０からの放射熱の発生を抑えるようにすれば、被加工基板が加熱されるのを防ぐことができる。一方、反射防止膜が熱硬化性樹脂から形成されている場合には、ヒータの電源をオンにして加熱処理を行う。この場合、ドライエッチング処理後、ステージ１９によって、下部電極１７をドライエッチング部１２から紫外線照射部１３へ移動させる必要はない。
【００７３】
また、図４（ａ）〜（ｃ）の装置において、紫外線照射部１３に代えて電子線照射部（図示せず）を設けてもよい。これにより、電子線硬化性樹脂から形成されている反射防止膜の硬化処理を行うことが可能となる。
【００７４】
反射防止膜パターンの硬化処理を終えた後は、続いて被加工基板のエッチング工程を行う。具体的には、本実施の形態にしたがって形成されたタングステン膜のエッチング処理を行う。図４（ｃ）を参照しながら、このエッチング処理について説明する。
【００７５】
まず、図４（ｂ）で紫外線照射部１３にある下部電極１７を、ステージ１９によって図の右方向へ移動させて、図４（ｃ）に示す配置とする。これにより、被加工基板２１を再びドライエッチング部１２に位置させることができる。
【００７６】
次に、導入口１４からエッチングガスＧ４を所定の流量で導入する。そして、下部電極１７に高周波を印加すると、プラズマ放電域２２に到達したエッチングガスがプラズマ化する。このプラズマガスを用い、反射防止膜パターンをマスクとして、タングステン膜の異方性エッチングを行う。エッチングにより発生したガスや余剰のエッチングガスＧ５は、排気口１５から真空チャンバ１１の外へ排出される。
【００７７】
このように、本実施の形態のパターン形成装置によれば、反射防止膜のエッチング処理、硬化処理およびタングステン膜のエッチング処理を同一のチャンバ内で行うことができる。これにより、スループットを向上させることができるとともに、異物の付着などを防いで歩留まりを向上させることが可能となる。
【００７８】
尚、ドライエッチング部と紫外線照射部とは、必ずしも同一のチャンバ内に配置されている必要はない。両者の間で被加工基板を搬送する搬送手段があれば、異なるチャンバ内に設けられていてもよい。
【００７９】
実施の形態２．
図５〜図７を用いて、本実施の形態によるパターン形成方法について説明する。本実施の形態では、実施の形態１と異なり、タングステン膜と反射防止膜との間に窒化シリコン膜を形成することを特徴としている。
【００８０】
まず、被加工基板として、タングステン膜が形成された半導体基材を準備する。例えば、図５（ａ）に示すように、半導体基材２５上に、ＣＶＤ法などによってタングステン（Ｗ）膜２６を形成する。タングステン膜２６は、例えば、７０ｎｍのデザイン・ルールに対応するトランジスタのゲート電極材料として用いられる。
【００８１】
半導体基材２５としては、例えば、素子分離領域やソースまたはドレインとなる拡散層などが形成されたシリコン基板上に、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜などのゲート絶縁膜が形成されたものを用いることができる。
【００８２】
半導体基材２５上に形成する膜は、タングステン膜に限られるものではない。例えば、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）またはチタン（Ｔｉ）などの他の導電膜を形成してもよい。さらに、ゲート電極材料に限らず、半導体装置の製造工程で用いられてパターニングを必要とする膜であれば、他の膜を形成してもよい。
【００８３】
次に、図５（ｂ）に示すように、タングステン膜２６の上に窒化シリコン膜２７を形成する。窒化シリコン膜２７は、タングステン膜をエッチングする際のマスクとして使用され、例えばＣＶＤ法などによって形成することができる。尚、タングステン膜の上に形成する膜は、窒化シリコン膜以外の他の無機膜（例えば、酸化シリコン膜など。）であってもよい。
【００８４】
次に、図５（ｃ）に示すように、窒化シリコン膜２７の上に反射防止膜２８を形成し、続いてレジスト膜２９を形成する。
【００８５】
本実施の形態においては、屈折率ｎが１．６０≦ｎ≦１．９０であり、消衰係数ｋが０．１２≦ｋの反射防止膜であることが好ましい。また、１０ｎｍ以上で２００ｎｍ以下の膜厚であることが好ましい。反射防止膜を形成する樹脂組成物は実施の形態１と同様のものを用いることができるが、特にノボラック系樹脂組成物を用いることが好ましい。
【００８６】
また、レジスト膜２９は、実施の形態１と同様のものを用いることができる。例えば、ＫｒＦエキシマレーザまたはＡｒＦエキシマレーザを光源とする露光機に対応したレジストを用いることができる。
【００８７】
レジスト膜２９の形成は、例えばスピンコート法などを用いて行うことができる。また、レジスト膜２９の膜厚は、半導体装置の製造工程に応じた所定の膜厚とすることができるが、本実施の形態のパターン形成方法によれば、従来より小さい膜厚とすることが可能となる。
【００８８】
次に、図６（ａ）に示すように、所定のマスク３０を介してレジスト膜２９に露光光３１を照射する。露光装置としては、例えば、Ｆ２レーザを光源とする露光装置を用いることができる。また、マスクは、所望の線幅のレジストパターンに対応したものを用いることができる。
【００８９】
この露光は、レジスト膜２９に所定のレジストパターン潜像を形成することを目的として行うものである。すなわち、レジスト膜２９に露光光を照射することによって、図６（ａ）に示すように、レジスト膜２９内に露光部２９１と未露光部２９２とからなるレジストパターン潜像が形成される。
【００９０】
次に、露光後の半導体基材に対して加熱処理を行う。加熱処理は、密閉式の加熱炉またはホットプレートなどを用いて行うことができる。
【００９１】
加熱処理工程を終えた後は、レジスト膜に現像処理を施す。現像は、例えば、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液を用いたアルカリ現像などによって行うことができる。
【００９２】
例えば、ポジ型のレジスト膜を用いた場合、露光部２９１ではアルカリ可溶性ポリマー構造が形成される一方、未露光部２９２ではアルカリ不溶性ポリマー構造となっている。したがって、アルカリ現像処理を行うことによって、露光部２９２のみが現像液に溶解して除去される結果、図６（ｂ）に示すようなレジストパターン３２が形成される。
【００９３】
次に、半導体基材に付着した現像液および現像液に溶解したレジストをリンス液によって洗い流す。具体的には、半導体基材上にリンス液をシャワー状またはスプレー状に吐出することによって洗い流すことができる。現像液としてアルカリ水溶液を用いた場合には、リンス液として例えば純水を使用することができる。
【００９４】
リンス液によって現像液および現像液に溶解したレジストを洗い流した後は、乾燥によってリンス液を除去する。例えば、半導体基材を高速で回転させることによって乾燥を行うことができる。
【００９５】
次に、レジストパターン３２をマスクとして反射防止膜２８をドライエッチングして、図６（ｃ）に示すような反射防止膜パターン３３を形成する。この際、反射防止膜２８のエッチングが進行して窒化シリコン膜２７が露出すると略同時に、レジストパターン３２がエッチングによって消失するようにエッチング条件を設定することが好ましい。この場合、反射防止膜がノボラック型エポキシ樹脂から形成されている場合には、窒素（Ｎ２）と酸素（Ｏ２）の混合ガスまたはテトラフルオロメタン（ＣＦ４）と酸素の混合ガスをエッチングガスとして用いることができる。
【００９６】
次に、実施の形態１と同様にして、反射防止膜のエッチング終了後、形成された反射防止膜パターン３３に紫外線３４を照射する（図７（ａ））。尚、反射防止膜の種類に応じて、紫外線照射でなく電子線照射を行ってもよいし、あるいは加熱処理を行ってもよい。また、これらを組み合わせて行ってもよい。
【００９７】
このような処理を行うことにより、反射防止膜を形成する樹脂の硬化を進行させ、後工程でのドライエッチングに対する耐性を向上させることができる。具体的には、反射防止膜のエッチングレートが、下地の窒化シリコン膜のエッチングレートよりも大きくなるようにする。
【００９８】
反射防止膜を形成する材料は、実施の形態１と同様に、硬化による体積収縮の小さい樹脂組成物であることが好ましい。例えば、加熱硬化性のノボラック系樹脂組成物であれば、加熱処理後のパターンのシュリンク（寸法縮小）がほとんどないので、露光後のパターンサイズを維持することが可能である。
【００９９】
次に、反射防止膜パターン３３をマスクとして窒化シリコン膜２７をドライエッチングして、図７（ｂ）に示すような窒化シリコン膜パターン３５を形成する。この場合、エッチングガスとしては、例えば、テトラフルオロメタン（ＣＦ４）、酸素（Ｏ２）およびジフルオロメタン（ＣＨ２Ｆ２）の混合ガスまたはテトラフルオロメタンと酸素の混合ガスを用いることができる。
【０１００】
尚、テトラフルオロメタンと酸素の混合ガスを用いた場合には、反射防止膜のエッチングおよび窒化シリコン膜のエッチングを共通のエッチングガスとすることができる。
【０１０１】
次に、窒化シリコン膜パターン３５をマスクとしてタングステン膜２６のエッチングを行い、タングステン膜パターン３６を形成する（図７（ｃ））。エッチングガスとしては、例えば六フッ化硫黄（ＳＦ６）と窒素（Ｎ２）の混合ガスを用いることができる。
【０１０２】
１つの例として、被加工基板上に、膜厚５０ｎｍのタングステン膜を形成した。次に、タングステン膜の上に、ＣＶＤ法を用いて膜厚７０ｎｍの窒化シリコン膜を形成した。
【０１０３】
次に、窒化シリコン膜の上に、熱硬化性のノボラック系樹脂組成物を塗布し、２０５℃で６０秒間加熱することにより、膜厚１００ｎｍの反射防止膜を形成した。続いて、ポリビニルフェノール系のレジスト組成物を塗布し、１３０℃で６０秒間加熱することにより、膜厚６０ｎｍのレジスト膜を形成した。
【０１０４】
次に、Ｆ２レーザを光源とする露光機を用い、マスクを介してレジスト膜を露光した。露光後、１３０℃で９０秒間加熱を行った。続いて、濃度２．３８％のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド溶液を用いて現像し、レジストパターンを形成した。
【０１０５】
次に、レジストパターンをマスクとして、反射防止膜のドライエッチングを行った。エッチングガスとしては、窒素と酸素の混合ガスを用いた。この際、下地の窒化シリコン膜が露出すると略同時に、レジストパターンが完全にエッチングされるようにした。
【０１０６】
次に、波長３６５ｎｍの紫外線を発生するランプを用いて、反射防止膜パターンに紫外線を６０秒間照射した。その後、反射防止膜パターンをマスクとして、窒化シリコン膜のドライエッチングを行った。エッチングガスとしては、テトラフルオロメタン、酸素およびジフルオロメタンの混合ガスを用いた。
【０１０７】
次に、窒化シリコン膜をマスクとして、タングステン膜のドライエッチングを行った。エッチングガスとしては、六フッ化硫黄と窒素の混合ガスを用いた。以上の工程により、良好な微細パターンのゲート電極構造を得た。
【０１０８】
本実施の形態のパターン形成方法によれば、反射防止膜パターンの硬化処理を行うことによって、反射防止膜パターンをマスクとした窒化シリコン膜のエッチングが可能となる。また、タングステン膜は、窒化シリコン膜パターンをマスクとしてエッチングされる。したがって、レジストパターンは反射防止膜をエッチングする際のマスクとしてのみ使用すればよいので、レジスト膜の膜厚を小さくすることができる。これにより、ＫｒＦエキシマレーザやＡｒＦエキシマレーザに対応するレジストを用いて、Ｆ２レーザを光源とする露光機により露光した場合であっても、レジスト膜の底部まで十分に露光光を到達させることが可能となる。また、反射防止膜の膜厚を小さくする必要がなくなるので、露光光の反射を防いで良好なレジストパターンを形成することができる。
【０１０９】
また、本実施の形態における反射防止膜のエッチング処理、反射防止膜パターンの硬化処理、窒化シリコン膜のエッチング処理およびタングステン膜のエッチング処理は、実施の形態１で説明したパターン形成装置１００を用いて好ましく行うことができる．
【０１１０】
以下に、図４のパターン形成装置１００を本実施の形態に適用した場合について説明する。尚、図４（ａ）〜（ｃ）における被加工基板２１は、本実施の形態の方法に従ってレジストパターン形成工程までを終えたものであるとする。
【０１１１】
まず、被加工基板２１をドライエッチング部１２に置く（図４（ａ））。そして、導入口１４からエッチングガスＧ１を導入して反射防止膜のエッチングを行う。次に、ステージ１９を紫外線照射部１３へ移動し、被加工基板２１に硬化処理を行う（図４（ｂ））。その後、ステージ１９をドライエッチング部１２へ移動し、窒化シリコン膜のエッチング処理を行う（図４（ｃ））。続いて、（必要に応じて）エッチングガスの入れ替えを行い、タングステン膜のエッチングを行う。
【０１１２】
このように、反射防止膜のエッチング処理からタングステン膜のエッチング処理までを同一のチャンバ内で行うことによって、スループットを向上させることができるとともに、異物の付着などを防いで歩留まりを向上させることが可能となる。
【０１１３】
実施の形態３．
図８〜図１０を用いて、本実施の形態によるパターン形成方法について説明する。本実施の形態では、反射防止膜の表面にエッチングレートを遅くする原子を導入することを特徴としている。
【０１１４】
まず、被加工基板として、タングステン膜が形成された半導体基材を準備する。例えば、図８（ａ）に示すように、半導体基材４０上に、ＣＶＤ法などによってタングステン（Ｗ）膜４１を形成する。タングステン膜４１は、例えば、７０ｎｍのデザイン・ルールに対応するトランジスタのゲート電極材料として用いられる。
【０１１５】
半導体基材４０としては、例えば、素子分離領域やソースまたはドレインとなる拡散層などが形成されたシリコン基板上に、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜などのゲート絶縁膜が形成されたものを用いることができる。
【０１１６】
半導体基材４０上に形成する膜は、タングステン膜に限られるものではない。例えば、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）またはチタン（Ｔｉ）などの他の導電膜を形成してもよい。さらに、ゲート電極材料に限らず、半導体装置の製造工程で用いられてパターニングを必要とする膜であれば、他の膜を形成してもよい。
【０１１７】
次に、図８（ｂ）に示すように、タングステン膜４１の上に反射防止膜４２を形成する。本実施の形態においては、屈折率ｎが１．６０≦ｎ≦１．９０であり、消衰係数ｋが０．１２≦ｋの反射防止膜であることが好ましい。また、１０ｎｍ以上で２００ｎｍ以下の膜厚であることが好ましい。反射防止膜を形成する樹脂組成物は実施の形態１と同様のものを用いることができるが、特にノボラック系樹脂組成物を用いることが好ましい。
【０１１８】
本実施の形態においては、反射防止膜４２を形成した後、その表面に反射防止膜４２のエッチングレートを遅くする原子を導入することを特徴としている。具体的には、反射防止膜４２のエッチングレートが、下地のタングステン膜４１のエッチングレートよりも大きくなるようにする。
【０１１９】
反射防止膜のエッチングレートを遅くする原子としては、例えば、ホウ素（Ｂ）、ヒ素（Ａｓ）またはゲルマニウム（Ｇｅ）などが挙げられる。このような原子を反射防止膜に導入することによって、導入した部分における反射防止膜の構造を変化させて、ドライエッチング耐性を向上させることが可能となる。
【０１２０】
反射防止膜４２への原子の導入は、例えば、図８（ｃ）に示すように、イオン注入法を用いて行うことができる。本実施の形態は、反射防止膜表面のドライエッチング耐性を向上させることを目的としており、半導体装置の電気的特性には影響を及ぼさないことが好ましい。したがって、イオン注入は、打ち込みエネルギーを低くして、反射防止膜４２の表面にのみ注入層４３が形成されるようにする。具体的な注入層４３の厚さは、ドライエッチングの条件などに応じて適宜設定することが好ましい。
【０１２１】
また、反射防止膜への原子の導入は、反射防止膜をプラズマ処理することによっても行うことができる。例えば、反射防止膜をホウ素プラズマ中に曝すことによって、反射防止膜の表面にホウ素を導入することができる。この方法によれば、表面近傍にのみ原子を導入することができるので、半導体装置の電気的特性に影響を与えるおそれがない。
【０１２２】
次に、図９（ａ）に示すように、表面の改質処理を終えた反射防止膜４４の上にレジスト膜４５を形成する。レジスト膜４５は、実施の形態１と同様のものを用いることができる。例えば、ＫｒＦエキシマレーザまたはＡｒＦエキシマレーザを光源とする露光機に対応したレジストが挙げられる。
【０１２３】
レジスト膜４５の形成は、例えばスピンコート法などによって行うことができる。また、レジスト膜４５の膜厚は、半導体装置の製造工程に応じた所定の膜厚とすることができるが、本実施の形態のパターン形成方法によれば、従来より小さい膜厚とすることが可能となる。
【０１２４】
次に、図９（ｂ）に示すように、所定のマスク４６を介してレジスト膜４５に露光光４７を照射する。露光装置としては、例えば、Ｆ２レーザを光源とする露光装置を用いることができる。また、マスク４６は、所望の線幅のレジストパターンに対応したものを用いることができる。
【０１２５】
この露光は、レジスト膜４５に所定のレジストパターン潜像を形成することを目的として行うものである。すなわち、レジスト膜４５に露光光を照射することによって、図９（ｂ）に示すように、レジスト膜４５内に露光部４５１と未露光部４５２とからなるレジストパターン潜像が形成される。
【０１２６】
次に、露光後の半導体基材に対して加熱処理を行う。加熱処理は、密閉式の加熱炉またはホットプレートなどを用いて行うことができる。
【０１２７】
加熱処理工程を終えた後は、レジスト膜に現像処理を施す。現像は、例えば、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液を用いたアルカリ現像などによって行うことができる。
【０１２８】
例えば、ポジ型レジストを用いた場合、露光部４５１ではアルカリ可溶性ポリマー構造が形成される一方、未露光部４５２ではアルカリ不溶性ポリマー構造となっている。したがって、アルカリ現像処理を行うことによって、露光部４５１のみが現像液に溶解して除去される結果、図９（ｃ）に示すようなレジストパターン４８が形成される。
【０１２９】
次に、半導体基材に付着した現像液および現像液に溶解したレジストをリンス液によって洗い流す。具体的には、半導体基材上にリンス液をシャワー状またはスプレー状に吐出することによって洗い流すことができる。現像液としてアルカリ水溶液を用いた場合には、リンス液として例えば純水を使用することができる。
【０１３０】
リンス液によって現像液および現像液に溶解したレジストを洗い流した後は、乾燥によってリンス液を除去する。例えば、半導体基材を高速で回転させることによって乾燥を行うことができる。
【０１３１】
次に、レジストパターン４８をマスクとして反射防止膜４４をドライエッチングして、図１０（ａ）に示すような反射防止膜パターン４９を形成する。この際、反射防止膜４４のエッチングが進行してタングステン膜４１が露出すると略同時に、レジストパターン４８がエッチングによって消失するようにエッチング条件を設定することが好ましい。反射防止膜がノボラック型エポキシ樹脂から形成されている場合には、窒素（Ｎ２）と酸素（Ｏ２）の混合ガスまたはテトラフルオロメタン（ＣＦ４）と酸素の混合ガスをエッチングガスとして用いることができる。
【０１３２】
次に、反射防止膜パターン４９をマスクとして、タングステン膜４１のエッチングを行う。本実施の形態によれば、反射防止膜４４の表面にエッチングレートを遅くする原子を導入するので、ドライエッチング耐性の高い反射防止膜パターン４９を得ることができる。したがって、レジストパターン４８ではなく、反射防止膜パターン４９をマスクとして、タングステン膜４１のエッチングを行うことができる。
【０１３３】
以上の工程によって、図１０（ｂ）に示すようなタングステン膜パターン５０を得ることができる。
【０１３４】
本実施の形態のパターン形成方法によれば、反射防止膜の改質処理を行うことによって、反射防止膜のドライエッチング耐性を向上させることができる。これにより、反射防止膜パターンをマスクとしてタングステン膜のエッチングを行うことができる。レジストパターンは反射防止膜をエッチングする際のマスクとしてのみ使用すればよいので、レジスト膜の膜厚を小さくすることができる。したがって、ＫｒＦエキシマレーザやＡｒＦエキシマレーザに対応するレジストを用いて、Ｆ２レーザを光源とする露光機により露光した場合であっても、レジスト膜の底部まで十分に露光光を到達させることが可能となる。また、反射防止膜の膜厚を小さくする必要がなくなるので、露光光の反射を防いで良好なレジストパターンを形成することができる。
【０１３５】
本実施の形態においては、タングステン膜の上に反射防止膜を形成したが、本実施の形態はこれに限られるものではない。実施の形態２と同様に、タングステン膜と反射防止膜の間に窒化シリコン膜などの無機膜を設け、反射防止膜パターンをマスクとして無機膜をエッチングした後、形成した無機膜パターンをマスクとしてタングステン膜をエッチングしてもよい。この場合、反射防止膜のエッチングレートが、下地の無機膜のエッチングレートよりも大きくなるようにする。
【０１３６】
無機膜が窒化シリコン膜であって、反射防止膜がノボラック系樹脂組成物から形成されている場合には、テトラフルオロメタン（ＣＦ４）と酸素（Ｏ２）の混合ガスをエッチングガスとして用いることによって、反射防止膜のエッチングと窒化シリコン膜のエッチングを連続して行うことができる。この場合、１の方法によれば、レジストパターンをマスクとしてこれらの膜をエッチングすることができる。また、他の方法によれば、まず、レジストパターンをマスクとして反射防止膜のエッチングを行い、レジストパターンがエッチングによって消失した段階で、反射防止膜をマスクとして窒化シリコン膜のエッチングを行うこともできる。
【０１３７】
【発明の効果】
本発明によれば、反射防止膜パターンの硬化処理を行うことによって、そのドライエッチング耐性を向上させることができる。これにより、反射防止膜パターンをマスクとして下地膜のエッチングを行うことができ、レジストパターンは反射防止膜をエッチングする際のマスクとしてのみ使用すればよいので、レジスト膜の膜厚を小さくすることができる。また、反射防止膜の膜厚を小さくする必要がないので、界面での露光光の反射を効果的に抑制することができる。
【０１３８】
また、本発明によれば、反射防止膜のエッチング処理、硬化処理および被加工基板のエッチング処理を同一のチャンバ内で行うパターン形成装置を用いる。したがって、スループットを向上させることができるとともに、異物の付着などを防いで歩留まりを向上させることも可能となる。
【０１３９】
さらに、本発明によれば、反射防止膜の改質処理を行うことによって、反射防止膜のドライエッチング耐性を向上させることができる。これにより、反射防止膜パターンをマスクとして下地膜のエッチングを行うことができ、レジストパターンは反射防止膜をエッチングする際のマスクとしてのみ使用すればよいので、レジスト膜の膜厚を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態１にかかるパターン形成方法の工程を示す断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態１にかかるパターン形成方法の工程を示す断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態１にかかるパターン形成方法の工程を示す断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、本発明にかかるパターン形成装置の一例を示す断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態２にかかるパターン形成方法の工程を示す断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態２にかかるパターン形成方法の工程を示す断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態２にかかるパターン形成方法の工程を示す断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態３にかかるパターン形成方法の工程を示す断面図である。
【図９】（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態３にかかるパターン形成方法の工程を示す断面図である。
【図１０】（ａ）および（ｂ）は、実施の形態３にかかるパターン形成方法の工程を示す断面図である。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）は、従来のパターン形成方法の工程を示す断面図である。
【図１２】（ａ）〜（ｄ）は、従来のパターン形成方法の工程を示す断面図である。
【符号の説明】
１，２５，４０ 半導体基材、 ２，２６，４１ タングステン膜、 ３，２８，４２ 反射防止膜、 ４，２９，４５ レジスト膜、 ５，３０，４６ マスク、 ６，３１，４７ 露光光、 ７，３２，４８ レジストパターン、 ８，３３，４９ 反射防止膜パターン、 ９，３４ 紫外線、 １０，３６，５０タングステン膜パターン、 １２ ドライエッチング部、 １３ 紫外線照射部、 ２１ 被加工基板、 ２７ 窒化シリコン膜、 ３５ 窒化シリコン膜パターン、 ４３ 注入層、 １００ パターン形成装置。
Claims (14)
- 被加工基板の上に反射防止膜を形成する工程と、
前記反射防止膜の上にレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜に所定のマスクを介して露光光を照射することによってレジストパターン潜像を形成する工程と、
前記レジスト膜に現像処理を施すことによってレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとした前記反射防止膜のエッチングによって反射防止膜パターンを形成する工程と、
前記反射防止膜パターンに硬化処理を施す工程と、
前記硬化処理後の反射防止膜パターンをマスクとして前記被加工基板をエッチングする工程とを有することを特徴とするパターン形成方法。 - 前記硬化処理は、加熱処理および／または紫外線照射処理である請求項１に記載のパターン形成方法。
- 前記硬化処理は電子線照射処理である請求項１に記載のパターン形成方法。
- 被加工基板の上に反射防止膜を形成する工程と、
前記反射防止膜の表面にホウ素、ヒ素およびゲルマニウムよりなる群から選ばれるいずれか１の原子を導入する工程と、
前記原子が導入された反射防止膜の上にレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜に所定のマスクを介して露光光を照射することによってレジストパターン潜像を形成する工程と、
前記レジスト膜に現像処理を施すことによってレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとした前記反射防止膜のエッチングによって反射防止膜パターンを形成する工程と、
前記反射防止膜パターンをマスクとして前記被加工基板をエッチングする工程とを有することを特徴とするパターン形成方法。 - イオン注入法を用いて前記原子の導入を行う請求項４に記載のパターン形成方法。
- 前記原子のプラズマ中に前記反射防止膜を曝して前記原子の導入を行う請求項４に記載のパターン形成方法。
- 前記反射防止膜はノボラック系樹脂組成物から形成されている請求項１〜６のいずれか１に記載のパターン形成方法。
- 前記露光光は波長１５７ｎｍのＦ２レーザ光である請求項１〜７のいずれか１に記載のパターン形成方法。
- 前記レジスト膜は、ＫｒＦレジスト膜またはＡｒＦレジスト膜である請求項１〜８のいずれか１に記載のパターン形成方法。
- 前記被加工基板はタングステン膜を有し、該タングステン膜上に前記反射防止膜が形成されていて、
前記反射防止膜パターンをマスクとして前記タングステン膜をエッチングする請求項１〜９のいずれか１に記載のパターン形成方法。 - 前記被加工基板はタングステン膜および該タングステン膜の上に形成された無機膜を有し、該無機膜の上に前記反射防止膜が形成されていて、
前記反射防止膜パターンをマスクとして前記無機膜をエッチングする請求項１〜９のいずれか１に記載のパターン形成方法。 - 被加工基板上に形成された反射防止膜をエッチングして反射防止膜パターンを形成するドライエッチング部と、
前記反射防止膜パターンに紫外線照射を行う紫外線照射部と、
前記ドライエッチング部と前記紫外線照射部との間で前記被加工基板を搬送する搬送手段とを有することを特徴とするパターン形成装置。 - 前記紫外線照射部がさらに熱を発生する請求項１２に記載のパターン形成装置。
- 前記ドライエッチング部と前記紫外線照射部とが同一の真空チャンバ内に配置されている請求項１２または請求項１３に記載のパターン形成装置。
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